一種生物特征成像的設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型的目的是提供一種生物特征成像設(shè)備，其中該設(shè)備包括：光學(xué)鏡頭部件，用于對(duì)感興趣區(qū)域的生物特征進(jìn)行光學(xué)成像(包括靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像)；圖像傳感器，用于將所述生物特征的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像(包括靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像)；以及微電機(jī)控制器，用于獲取、傳遞、或分析電子圖像的圖像質(zhì)量信息，并根據(jù)電子圖像的圖像質(zhì)量信息實(shí)時(shí)分析圖像的清晰度，實(shí)時(shí)反饋該信息從而調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭部件以實(shí)現(xiàn)對(duì)感興趣區(qū)域的生物特征進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦控制。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及光學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種對(duì)生物特征進(jìn)行成像的技術(shù)。 一種生物特征成像的設(shè)備

【背景技術(shù)】
[0002] 虹膜識(shí)別是一種新興的生物識(shí)別技術(shù)，在身份識(shí)別領(lǐng)域應(yīng)用不斷擴(kuò)大。安全便捷 的身份識(shí)別是開(kāi)展面向移動(dòng)終端業(yè)務(wù)服務(wù)的難點(diǎn)。目前用移動(dòng)終端作為身份確認(rèn)的手段主 要依賴密碼和卡，存在難記憶、易被竊取，安全性低等問(wèn)題。在眾多身份識(shí)別技術(shù)中，虹膜識(shí) 別的安全性和精確度最高，具有個(gè)體唯一、不需要記憶、不能被竊取，安全級(jí)別高等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 在現(xiàn)有技術(shù)中，虹膜成像設(shè)計(jì)一般采用定焦設(shè)計(jì)，用戶需要主動(dòng)配合來(lái)尋找合適 的虹膜成像位置，導(dǎo)致需要附加額外的硬件設(shè)備如測(cè)距傳感器、三色指示燈等；也有些虹膜 成像系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)或者直流電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)鏡頭的前后移動(dòng)實(shí)現(xiàn)虹膜自動(dòng)對(duì)焦和成像，但 仍然需要測(cè)距傳感器來(lái)測(cè)量距離，并且步進(jìn)電機(jī)或者直流電機(jī)的體積大，功耗大。這些均導(dǎo) 致虹膜成像系統(tǒng)的體積大大增加，識(shí)別速度拉長(zhǎng)，用戶體驗(yàn)差，無(wú)法微型化集成應(yīng)用到需求 量更廣的移動(dòng)終端。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 本公開(kāi)的目的在于提供一種生物特征成像方法和設(shè)備以及包含該設(shè)備的移動(dòng)終 端，從而減輕或消除上面提及的一個(gè)或者多個(gè)問(wèn)題。
[0005] 根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供了一種生物特征成像設(shè)備，包括：
[0006] 光學(xué)鏡頭部件，其對(duì)感興趣區(qū)域的生物特征進(jìn)行光學(xué)成像；
[0007] 圖像傳感器，其將包含所述生物特征的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像；
[0008] 微電機(jī)，其利用電磁力調(diào)節(jié)所述光學(xué)鏡頭部件，所述微電機(jī)是音圈電機(jī)或微機(jī)電 系統(tǒng)致動(dòng)器；以及
[0009] 微電機(jī)控制器，其驅(qū)動(dòng)所述微電機(jī)調(diào)節(jié)所述光學(xué)鏡頭部件。
[0010] 根據(jù)本公開(kāi)的另一方面，還提供了一種移動(dòng)終端，其中該移動(dòng)終端包括如上所述 的生物特征成像設(shè)備。
[0011] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本公開(kāi)采用微型電機(jī)以替代步進(jìn)電機(jī)或者直流電機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)光學(xué) 鏡頭部件。這些都為生物特征成像設(shè)備的小型化提供了可能。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 通過(guò)閱讀參照以下附圖所作的對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的 其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：
[0013] 圖1示出根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)方面的生物特征成像設(shè)備示意圖；
[0014] 圖2示出根據(jù)本公開(kāi)另一方面的生物特征成像設(shè)備示意圖。
[0015] 附圖中相同或相似的附圖標(biāo)記代表相同或相似的部件。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白本實(shí)用新型可以以脫離這些具體細(xì)節(jié)的其它實(shí)現(xiàn)方 式來(lái)實(shí)現(xiàn)。而且為了不模糊本實(shí)用新型，在當(dāng)前的說(shuō)明中省略了已知的功能和結(jié)構(gòu)的并非 必要的細(xì)節(jié)。
[0017] 下面結(jié)合附圖對(duì)本公開(kāi)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0018] 圖1示出根據(jù)本公開(kāi)一個(gè)方面的生物特征成像設(shè)備示意圖。如圖1所示，生物特征 成像設(shè)備100包括光學(xué)鏡頭部件110,圖像傳感器120,微電機(jī)140以及微電機(jī)控制器130。
[0019] 光學(xué)鏡頭部件110用于對(duì)感興趣區(qū)域13的生物特征12進(jìn)行光學(xué)成像。
[0020] 具體地，光學(xué)鏡頭部件110可以是光學(xué)鏡頭組，其實(shí)現(xiàn)在一個(gè)固定成像焦平面的 生物特征信息的成像。光學(xué)鏡頭組的材料可以采用全玻璃鏡頭、全塑料鏡頭、玻璃與塑料鏡 頭相結(jié)合或者液體鏡頭等混合材料。在本文中，將虹膜作為生物特征的實(shí)例來(lái)描述本公開(kāi) 的實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，生物特征還包括視網(wǎng)膜、眼紋、唇紋、面部以及靜脈 等。感興趣區(qū)域13指代光學(xué)鏡頭部件成像能夠保持聚焦清晰的區(qū)域，即光學(xué)鏡頭部件能夠 對(duì)位于感興趣區(qū)域中的生物特征進(jìn)行清晰成像。感興趣區(qū)域13的大小根據(jù)光學(xué)鏡頭部件 的景深確定，景深是指成像系統(tǒng)能夠保持聚焦清晰的最近和最遠(yuǎn)的距離之差。它決定了用 戶可以距離生物特征成像設(shè)備的遠(yuǎn)近的冗余度范圍，或者是生物特征識(shí)別的使用范圍。另 夕卜，光學(xué)成像原理是本領(lǐng)域公知的技術(shù)，為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，在此不再贅述。
[0021] 圖像傳感器120用于將從光學(xué)鏡頭部件110獲取的生物特征的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電 子圖像。
[0022] 具體地，圖像傳感器120可以包括電荷耦合元件（CXD)和金屬氧化物半導(dǎo)體元件 (CMOS)等感光元件，并利用感光元件將生物特征的光學(xué)成像轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)以獲得相應(yīng)的 電子圖像。在一個(gè)實(shí)施例中，電子圖像包括靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像格式，動(dòng)態(tài)圖像是由多幀靜 態(tài)圖像按照時(shí)間順序排列組合在一起的靜態(tài)圖像流，也稱(chēng)視頻格式。電子圖像可以被存儲(chǔ) 成預(yù)定的圖像格式，包括但不限于BMP，JPEG、TIFF、RAW、GIF和PNG等。電子圖像的信息 也可以以二進(jìn)制比特的表征形式保存在緩存或者內(nèi)存中，比如每個(gè)圖像像素使用8比特， 10比特，12比特，或者24比特的二進(jìn)制信息來(lái)代表。
[0023] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像的方式僅為舉例，其 他現(xiàn)有的或今后可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)換方式如可適用于本實(shí)用新型，也應(yīng)包含在本實(shí)用新型保護(hù)范 圍以內(nèi)，并在此以引用方式包含于此。
[0024] 微電機(jī)控制器130利用微電機(jī)140調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭部件110的成像組件特性以實(shí)現(xiàn) 對(duì)所述感興趣區(qū)域的生物特征進(jìn)行對(duì)焦控制。
[0025] 微電機(jī)控制器130例如可以控制微電機(jī)140移動(dòng)光學(xué)鏡頭部件110或光學(xué)鏡頭部 件110中光學(xué)透鏡的位置，或改變光學(xué)鏡頭部件110的光學(xué)特性，如光學(xué)曲率半徑。
[0026] 微電機(jī)140用于調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭部件110,例如移動(dòng)光學(xué)鏡頭部件110或光學(xué)鏡頭部 件110中光學(xué)透鏡的位置，或者例如通過(guò)改變光學(xué)鏡頭部件110中光學(xué)透鏡的形狀而改變 光學(xué)鏡頭部件110的光學(xué)特性，如光學(xué)曲率半徑。
[0027] 這里，微電機(jī)140可以是音圈電機(jī)（VCM)，它是一種將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置， 具體地，VCM的操作包括使電流通過(guò)電磁(線圈)。這將產(chǎn)生排斥永磁體的電磁場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn) 垂直地移動(dòng)光學(xué)透鏡夾持器使光學(xué)透鏡遠(yuǎn)離圖像傳感器。VCM由彈簧提供的恢復(fù)力使光學(xué) 透鏡接近圖像傳感器；而其余的光學(xué)透鏡的位置是無(wú)限遠(yuǎn)對(duì)焦。
[0028] 當(dāng)考慮保證成像質(zhì)量的情況下將生物特征成像設(shè)備100集成在更薄的移動(dòng)終端 (如手機(jī)）時(shí)，VCM會(huì)成為實(shí)現(xiàn)此目的的障礙。具體地，若要將VCM做的更小，則需要更小的 線圈，磁體和彈簧。由于磁力是與體積成正比的，所以更小的線圈和磁體需要更多的電流才 能產(chǎn)生足夠的致動(dòng)力，這將使移動(dòng)終端的功耗和過(guò)熱的問(wèn)題更加嚴(yán)重。此外，較小的彈簧較 為脆弱，加劇了沖程遲滯、鏡頭傾斜以及可靠性的問(wèn)題。由于VCM遭受沖程遲滯的問(wèn)題，所 以將使針對(duì)感興趣的生物特征區(qū)域（比如虹膜）的自動(dòng)對(duì)焦成像過(guò)程變得緩慢，這樣的問(wèn)題 在視頻捕獲時(shí)變得尤為突出。另外，VCM的高功耗將迅速消耗電池并且產(chǎn)生的熱量也將降 低生物特征成像設(shè)備的光學(xué)性能和成像質(zhì)量。
[0029] 為解決以上問(wèn)題，微電機(jī)140還可以采用微機(jī)電系統(tǒng)致動(dòng)器（MEMS Actuators)， 其結(jié)構(gòu)包括一個(gè)以硅晶圓為基礎(chǔ)的微機(jī)電機(jī)械執(zhí)行器（由可垂直移動(dòng)的外殼結(jié)構(gòu)組件、提 供恢復(fù)應(yīng)力的彈簧和控制外殼結(jié)構(gòu)組件的靜電梳狀驅(qū)動(dòng)器組成)，采用半導(dǎo)體工藝來(lái)制 造，有機(jī)械和電子特性。梳狀驅(qū)動(dòng)器是一對(duì)導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，當(dāng)施加直流電壓時(shí)，靜電荷所產(chǎn)生的 吸引力使梳狀驅(qū)動(dòng)器被拉到一起。通過(guò)將光學(xué)透鏡放置在中心位置，硅微機(jī)電系統(tǒng)對(duì)焦致 動(dòng)器可以控制光學(xué)鏡片組中其中任何一片鏡片或多片鏡片的位置移動(dòng)，而其他的鏡片可以 固定在其最佳位置保持不動(dòng)。
[0030] 相較于VCM，微機(jī)電系統(tǒng)致動(dòng)器能夠?qū)CM里面所需要的三個(gè)部件(線圈，磁體和 彈簧）整合成為一個(gè)單一組件，解決了 VCM三個(gè)組件之間的復(fù)雜物理連接，體積做到更小， 減小了它們之間的物理慣性應(yīng)力影響，從而能夠更加快速的對(duì)焦，比普通VCM對(duì)焦的控制 速度能夠快2-4倍。同時(shí)采用半導(dǎo)體工藝來(lái)制造，特別是光刻技術(shù)，所以功耗能夠控制到 更小。
[0031 ] 由于該生物特征成像設(shè)備采用微型電機(jī)以替代步進(jìn)電機(jī)或者直流電機(jī)來(lái)調(diào)節(jié)光 學(xué)鏡頭部件。這些都為生物特征成像設(shè)備的小型化提供了可能。
[0032] 為了使生物特征成像設(shè)備100更加小型化，移動(dòng)光學(xué)鏡頭部件110的空間以及光 學(xué)鏡頭部件110本身將變得更小。在此情況下，通過(guò)移動(dòng)光學(xué)鏡頭部件或光學(xué)鏡頭部件中 的光學(xué)透鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)焦將變得更加困難。為解決此問(wèn)題，在一個(gè)實(shí)施例中，生物特征成像設(shè) 備100中的光學(xué)鏡頭部件110米用液體鏡頭來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且其微電機(jī)控制器130驅(qū)動(dòng)微電機(jī) 140改變?cè)撘后w鏡頭的形狀，從而調(diào)節(jié)光學(xué)鏡頭部件110的光學(xué)特性，如光學(xué)曲率半徑，以 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)焦。
[0033] 如本領(lǐng)域技術(shù)人員所知，改變光學(xué)鏡頭形狀以調(diào)節(jié)其光學(xué)特性所需的力遠(yuǎn)小于移 動(dòng)光學(xué)鏡頭位置所需的力，這將節(jié)省微電機(jī)的功耗。對(duì)于便攜式設(shè)備而言，設(shè)備功耗是衡量 其適用性的重要指標(biāo)，而低功耗的生物特征成像設(shè)備將滿足這方面的要求，從而適于單獨(dú) 作為便攜式設(shè)備或集成到其他便攜式設(shè)備，如智能電話等。
[0034] 可選地，如圖2所示，生物特征成像設(shè)備100還可以包括一個(gè)或多個(gè)照明部件150， 用于在對(duì)感興趣區(qū)域中的生物特征進(jìn)行光學(xué)成像時(shí)對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行照明，以增強(qiáng)采集圖 像的亮度。
[0035] 照明部件150例如可以是發(fā)光二極管（LED)，也可以是其他種類(lèi)的照明器件，并且 照明部件150可以采用可見(jiàn)光或近紅外光進(jìn)行照明。照明部件150在生物特征成像設(shè)備 100上的位置可以距離光學(xué)鏡頭部件110等間距放置，也可以圍繞光學(xué)鏡頭部件110 360度 任意放置，間距任意。
[0036] 照明部件150所發(fā)出的光的中心光譜可以根據(jù)具體待成像的生物特征進(jìn)行設(shè)定。 例如，若生物特征為虹膜，則采用的近紅外光的中心光譜范圍包括700nm至950nm。
[0037] 進(jìn)一步地，當(dāng)對(duì)人體虹膜進(jìn)行成像時(shí)，由于不同人種的虹膜特征(例如顏色）不盡 相同，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)不同人種的虹膜進(jìn)行清晰成像，可以采用不同中心光譜的照明部件對(duì)其 進(jìn)行照明。例如，生物特征成像設(shè)備100包括三個(gè)發(fā)射近紅外光的LED燈，每個(gè)LED燈發(fā)射 的近紅外光的中心光譜分別為780nm和850nm和940nm，以便對(duì)不同人種深淺不同的虹膜進(jìn) 行更好的成像照明。
[0038] 在一個(gè)實(shí)施例中，生物特征成像設(shè)備100可以對(duì)單眼虹膜進(jìn)行成像，也可以對(duì)雙 眼虹膜同時(shí)進(jìn)行成像。
[0039] 例如，若對(duì)單眼虹膜進(jìn)行清晰成像以用于虹膜識(shí)別，則光學(xué)鏡頭部件110在眼睛 水平方向的光學(xué)分辨率需大于等于640像素，垂直方向的光學(xué)分辨率需大于等于480像素。 相應(yīng)地，圖像傳感器120的圖像分辨率需大于或等于光學(xué)鏡頭部件的光學(xué)分辨率。
[0040] 若需對(duì)雙眼虹膜進(jìn)行一次清晰成像以用于雙眼虹膜識(shí)別，則光學(xué)鏡頭部件110在 雙眼水平方向的光學(xué)分辨率需大于等于1500像素，垂直方向的光學(xué)分辨率需大于等于480 像素，從而保證每只單眼的圖像的光學(xué)分辨率。相應(yīng)地，圖像傳感器120的圖像分辨率需大 于或等于光學(xué)鏡頭部件的光學(xué)分辨率。
[0041] 可選地，生物特征成像設(shè)備100還包括濾光片(未示出)，其位于待成像生物特征和 光學(xué)鏡頭部件之間，以過(guò)濾該生物特征進(jìn)入光學(xué)鏡頭部件110的光，從而能夠降低外界環(huán) 境對(duì)生物特征成像的影響，特別是室外環(huán)境太陽(yáng)光、雜散光、燈光和黑暗環(huán)境。
[0042] 由于具有體積小、識(shí)別速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此上述生物特征成像設(shè)備可以集成到諸 如智能手機(jī)、平板電腦、超級(jí)本、筆記本電腦、智能穿戴式設(shè)備等移動(dòng)終端中，從而提供各種 便利的應(yīng)用。
[0043] 對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而 且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新 型。因此，無(wú)論從哪一點(diǎn)來(lái)看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新 型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說(shuō)明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含 義和范圍內(nèi)的所有變化涵括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制 所涉及的權(quán)利要求。此外，顯然"包括" 一詞不排除其他單元或步驟，單數(shù)不排除復(fù)數(shù)。裝 置權(quán)利要求中陳述的多個(gè)單元或裝置也可以由一個(gè)單元或裝置通過(guò)軟件或者硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)。 第一，第二等詞語(yǔ)用來(lái)表示名稱(chēng)，而并不表示任何特定的順序。
【權(quán)利要求】
1. 一種生物特征成像設(shè)備（100)，包括： 光學(xué)鏡頭部件（110)，其對(duì)感興趣區(qū)域（13)的生物特征（12)進(jìn)行光學(xué)成像； 圖像傳感器（120)，其將包含所述生物特征（12)的光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子圖像； 微電機(jī)（140)，其利用電磁力調(diào)節(jié)所述光學(xué)鏡頭部件（110)，所述微電機(jī)是音圈電機(jī)或 微機(jī)電系統(tǒng)致動(dòng)器；以及 微電機(jī)控制器（130)，其驅(qū)動(dòng)所述微電機(jī)調(diào)節(jié)所述光學(xué)鏡頭部件（110)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)鏡頭部件（110)包括液體鏡頭。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中當(dāng)所述生物特征包括雙眼虹膜時(shí)，所述光學(xué)鏡頭 部件（110)在雙眼水平方向的光學(xué)分辨率大于等于1500像素，垂直方向的光學(xué)分辨率大于 等于480像素，并且所述圖像傳感器（120)的分辨率大于或等于所述光學(xué)鏡頭部件（110)的 光學(xué)分辨率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中當(dāng)所述生物特征包括單眼虹膜時(shí)，所述光學(xué)鏡頭 部件（110)在眼睛水平方向的光學(xué)分辨率大于等于640像素，垂直方向的光學(xué)分辨率大于 等于480像素，并且所述圖像傳感器（120)的分辨率大于或等于所述光學(xué)鏡頭部件（110) 的光學(xué)分辨率。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括： 至少一個(gè)照明部件（150)，用于對(duì)所述感興趣區(qū)域進(jìn)行照明，其中所述至少一個(gè)照明部 件（150)采用可見(jiàn)光和/或近紅外光照明。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中當(dāng)所述生物特征包括虹膜時(shí)，所述近紅外光中心 光譜范圍包括700nm至950nm。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述至少一個(gè)照明部件（150)采用不同中心光譜 的近紅外光來(lái)分別對(duì)不同特征的虹膜進(jìn)行照明。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，該設(shè)備還包括濾光片以用于過(guò)濾進(jìn)入所 述光學(xué)鏡頭部件（110)的光。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其中所述生物特征包括以下至少一項(xiàng)： 虹膜，視網(wǎng)膜、眼紋、唇紋、面部和靜脈。
10. -種移動(dòng)終端，所述移動(dòng)終端包括如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的生物特征成像 設(shè)備。
【文檔編號(hào)】G06K9/32GK203849742SQ201320648245
【公開(kāi)日】2014年9月24日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】王曉鵬, 徐鶴菲 申請(qǐng)人:王曉鵬